使用 DFBI 无网格运动定义齿轮组件的运动

要定义齿轮系统的运动,需将太阳轮指定为驱动齿轮,并定义太阳轮和其他齿轮组件之间的运动学关系。Simcenter STAR-CCM+ 计算行星齿轮系统的运动。

要定义 SPH 表面区域中齿轮的纯运动学运动,可使用 DFBI 无网格运动。

  1. 要定义此类型的运动:
    1. 右键单击工具 > 运动节点并选择新建 > DFBI 无网格。
    2. 选择区域 > PlanetaryGears > 物理条件 > 运动指定选项节点,然后将选项设为运动指定。
    3. 选择物理值 > 运动指定节点,然后将运动设为 DFBI 无网格。
      将 DFBI 运动分配给区域后,将显示 DFBI 节点。
将每个运动学组件定义为 3D 连续 6 自由度体。要指定组件和驱动齿轮之间的运动学关系,可定义体耦合和体约束。
  1. 要为太阳轮创建新的 3D 连续 6 自由度体:
    1. 右键单击 DFBI > 6 自由度体节点,然后选择新建体 > 3D > 连续体。
    2. 将体 1 重新命名为太阳轮。
    3. 选择太阳轮节点,然后设置下列属性:
      节点属性设置
      太阳轮体表面部件 > 太阳轮
      太阳轮体运动选项运动学
      初始值方向坐标系Laboratory(基准)
      初始值体位置位置接受相对于基准坐标系的默认值 [0.0, 0.0, 0.0]。

      对于旋转体,建议将旋转轴上的任意位置设为初始位置。

  2. 同样,创建名为环形齿轮的 6 自由度体,然后设置下列属性:
    节点 属性 设置
    环形齿轮 体表面 部件 > 环形齿轮
    环形齿轮 体运动选项 运动学
    初始值方向 坐标系 Laboratory(基准)
    初始值体位置 位置 接受默认值 [0.0, 0.0, 0.0]。
  3. 创建名为行星架的 6 自由度,然后设置下列属性:
    节点 属性 设置
    行星架 体表面 部件 > 行星架 Z- 和行星架 Z+
    行星架 体运动选项 运动学
    初始值方向 坐标系 Laboratory(基准)
    初始值体位置 位置 接受默认值 [0.0, 0.0, 0.0]。
  4. 最后,为每个行星齿轮创建一个体:
    1. 创建名为齿轮 A 的 6 自由度体,其中包含以下属性:
      节点 属性 设置
      齿轮 A 体表面 零件 > 行星 A 和零件 > 螺栓 1
      体运动选项 运动学
      初始值方向 坐标系 Laboratory(基准)
      初始值体位置 位置 [0.0, -0.019, 0.0].
    2. 创建名为齿轮 B 的 6 自由度体,其中包含以下属性:
      节点 属性 设置
      齿轮 B 体表面 部件 > 行星 B 和部件 > 螺栓 2
      体运动选项 运动学
      初始值方向 坐标系 Laboratory(基准)
      初始值体位置 位置 [-0.019, 0.0, 0.0].
    3. 创建名为齿轮 C 的 6 自由度体,其中包含以下属性:
      节点 属性 设置
      齿轮 C 体表面 部件 > 行星 C 和部件 > 螺栓 3
      体运动选项 运动学
      初始值方向 坐标系 Laboratory(基准)
      初始值体位置 位置 [0.0, 0.019, 0.0].
    4. 创建名为齿轮 D 的 6 自由度体,其中包含以下属性:
      节点 属性 设置
      齿轮 D 体表面 部件 > 行星 D 和部件 > 螺栓 4
      体运动选项 运动学
      初始值方向 坐标系 Laboratory(基准)
      初始值体位置 位置 [0.019, 0.0, 0.0].
将齿轮组件创建为 3D 连续体后,设置定义运动学关系的体耦合。

预定义的体耦合(行星齿轮副)要求每个参与齿轮组件有一个旋转副。如果组件固定,则 Simcenter STAR-CCM+ 需要一个额外的固定铰,例如用于环形齿轮。

  1. 要为齿轮组件创建旋转副:
    1. 右键单击体耦合节点,然后选择新建 > 旋转副。
    2. 重复上一步六次,然后按如下所示设置旋转副的属性:
      节点重命名属性设置
      旋转副 1旋转副太阳轮对象 1从现有的 6 自由度体或环境中选择:太阳轮
      对象 2环境

      当旋转组件的旋转轴在空间中固定时,建议将旋转组件与环境耦合。例如,太阳轮绕固定轴 [0.0, 0.0, 1.0] 旋转。

      坐标系实验室 > 太阳轮-坐标系

      默认初始位置 [0.0,0.0,0.0] 和轴 [0.0,0.0, 1.0] 是相对于体坐标系定义的。

      旋转副 2旋转副环形对象 1环形齿轮
      对象 2环境
      坐标系实验室 > 环形齿轮-坐标系
      旋转副 3旋转副行星架对象 1行星架
      对象 2环境
      坐标系实验室 > 行星架-坐标系
      旋转副 4、5、6、7旋转副齿轮副 A、B、C、D对象 1齿轮 A,B,C,D
      对象 2行星架

      将行星齿轮与行星架耦合,因为行星的旋转轴固定在行星架上。

      坐标系实验室 > 齿轮 A、B、C、D-坐标系

      选择行星齿轮的相应体坐标系。初始位置 [0.0,0.0,0.0] 是指行星齿轮的体坐标系。

环形齿轮在空间中固定,没有旋转和平移。您需要一个额外的固定铰。
  1. 要定义环齿轮的固定接头:
    1. 右键单击体耦合节点,然后选择新建 > 固定铰。
    2. 将固定铰 1 重命名为固定铰环形,然后按如下所示设置属性:
      节点属性设置
      固定铰环形对象 1环形齿轮
      对象 2环境
要指定行星齿轮系统的运动学关系,首先使用模式太阳-行星-行星架创建 4 个行星齿轮副耦合。
  1. 要创建行星齿轮副:
    1. 右键单击体耦合节点,然后选择新建 > 行星齿轮副。
      接受默认的模式太阳-行星-行星架。
    2. 重复上一步,以太阳-行星-行星架模式创建 4 个行星齿轮副耦合 - 每个行星齿轮对应一个,并按如下所示设置属性:
      节点重命名属性设置
      行星齿轮副 1行星齿轮副齿轮 A太阳轮从现有的 6 自由度体或环境中选择:太阳轮
      行星齿轮齿轮 A
      行星架行星架
      太阳轮齿数16.0
      牙齿星球22.0
      行星齿轮副 2行星齿轮副齿轮 B太阳轮太阳轮
      行星齿轮齿轮 B
      行星架行星架
      太阳轮齿数16.0
      牙齿星球22.0
      行星齿轮副 3行星齿轮副齿轮 C太阳轮太阳轮
      行星齿轮齿轮 C
      行星架行星架
      太阳轮齿数16.0
      牙齿星球22.0
      行星齿轮副 4行星齿轮副齿轮 D太阳轮太阳轮
      行星齿轮齿轮 D
      行星架行星架
      太阳轮齿数16.0
      牙齿星球22.0
要指定齿轮组的环形-行星-行星架关系,可使用模式环形-行星-行星架创建一个行星齿轮副耦合。
  1. 要指定环形-行星-行星架关系:
    1. 右键单击体耦合节点,然后选择新建 > 行星齿轮副。
    2. 将行星齿轮副 1 重命名为行星齿轮副环形,然后按如下所示设置属性:
      节点 属性 设置
      行星齿轮副环形 模式 齿圈-行星-行星架
      环形齿轮 环形齿轮
      行星齿轮 齿轮 A

      可以使用任何行星齿轮来指定环形-行星-行星架运动学。在前面的步骤中,这四个行星齿轮已经耦合到太阳轮和行星架。

      行星架 行星架
      齿环 60.0
      牙齿星球 22.0

      牙数必须与上面选择的行星对齐。

在充分描述运动学关系后,指定太阳轮作为具有固定旋转速率的驱动组件。完全确定的运动学系统只允许存在一个驱动组件。
  1. 要指定太阳轮的旋转速率:
    1. 右键单击体约束节点,然后选择新建 > 旋转驱动。
    2. 选择旋转驱动 1 节点并按如下所示设置属性:
      属性设置
      联接旋转副太阳轮
      旋转速率2000.0 rpm
  2. 保存模拟。